На главную домой советы по ремонту квартиры
Список кабинетов             Что это за доктор?             Записаться на прием

Расчет наружной фундаментной стены. Теоретические предпосылки

В последнее время люди все чаще задумываются над тем, как и из какого материала сделать наружную фундаментную стену, а самое главное - как правильно ее рассчитать при том условии, что под полом первого этажа будет не просто земля, или говоря по-научному - основание, а подвал. Причем подвал не простой, а такой, чтоб в нем были разные полки, стеллажи и антресоли для варений, солений и прочих консерваций. Все потому, что идея выносного подвала, который во дворе и может рассматриваться как отдельное архитектурное сооружение, медленно отмирает.

Конечно же нормативных документов и различных руководств, посвященных подобному расчету фундаментной стены, существует великое множество. Вот только простому человеку в первый и возможно последний раз в жизни занявшемуся расчетами своего небольшого домика, данные руководства могут быть не совсем понятны. В данной статье мы рассмотрим в чем же состоит физический смысл подобных рекомендаций по расчету наружной фундаментной стены.

Для примера рассмотрим следующую расчетную схему, взятую из руководства по расчету фундаментных стен из пустотных блоков:

возможная расчетная схема для наружной фундаментной стены с подвалом

Рисунок 418.1. Разрез фундаментной стены, возможная расчетная схема и эпюры изгибающих моментов для фундаментной стены - балки на шарнирных опорах.

На данном рисунке грунт, находящийся под полом в подвале и справа от фундаментной стены и под отмосткой, никак не обозначен. Однако у простого человека гораздо больше вопросов могут вызвать обозначения на расчетной схеме и вообще, почему рассматривается именно балка на шарнирных опорах?

Ответ будет примерно следующим:

Подбор расчетной схемы, наиболее точно соответствующей условиям работы конструкции, особенно когда дело касается фундаментов и грунтов - задача не из простых. При указанной конструкции здания (есть пол подвала - железобетонная плита и есть плита перекрытия, каким-то образом связанная с фундаментной стеной) расчетная схема, показанная на рисунке 418.1, действительно наиболее приемлема, так как и плиту перекрытия и пол подвала можно рассматривать как шарнирные опоры балки, не мешающие повороту поперечных сечений балки, а только препятствующие горизонтальному смещению на опорах, так как модуль упругости материала плиты и пола значительно больше модуля упругости грунта.

Таким образом принятая расчетная схема позволяет провести максимально простой расчет и обеспечивает максимально возможный запас прочности.

В целом расчет сводится к проверке стены на прочность и на устойчивость, так как в данном случае наружная фундаментная стена рассматривается не только как балка, но и как стойка с теми же шарнирными опорами.

Если расчет по такой расчетной схеме кажется вам слишком простым, а возможный запас прочности чрезмерным, то для выполнения более точных расчетов следует учесть следующие факторы:

1. Данную фундаментную стену более правильно рассматривать не как стержень с шарнирными опорами, а как пластину с шарнирными опорами по контуру.

Или как пластину с шарнирными опорами сверху и снизу и жестким защемлением по бокам. Фундаментные стены, перпендикулярные рассматриваемой, могут рассматриваться как шарнирные боковые опоры или даже как жесткое защемление в зависимости от общей конструкции здания.

Влияние этого фактора тем больше, чем меньше соотношение длины стены к высоте l/H1. Если это соотношение стремится к бесконечности, то влияние этого фактора стремится к нулю, во всяком случае для рассматриваемого участка стены, наиболее удаленного от перпендикулярных стен. Другими словами, чем больше длина фундаментной стены по сравнению с высотой, тем ближе принятая расчетная схема к реальной работе конструкции.

2. В результате перераспределения напряжений в материале фундаментной стены на верхней и нижней условных опорах может возникать частичное защемление.

В целом влияние данного фактора очень незначительно.

3. Следует учитывать возможные деформации и пола и плиты при сжатии.

Эти деформации могут привести к изменению геометрии рассматриваемой системы, а значит и к изменению действующих нагрузок. Как правило эти деформации относительно небольшие, поэтому влиянием этого фактора можно пренебречь.

Сам алгоритм расчета может выглядеть примерно так:

Как правило для упрощения расчетов рассматривается 1 погонный метр длины фундаментной стены. Именно этот погонный метр и рассматривается как стойка или как балка, имеющая ширину 1 метр.

1. Определяется продольная сила N1, действующая на наружную фундаментную стену - стойку с шарнирными опорами.

Эта сила может быть приложена с эксцентриситетом е1 по отношению к нейтральной оси стойки, например при такой конструкции здания, как показано на рисунке 418.1.

В сосредоточенную нагрузку N1 входят:

1.1. Собственный вес вышележащих стен.

Пример определения нагрузки от собственного веса приводится отдельно.

1.2. Нагрузка от междуэтажных перекрытий (кроме перекрытия над подвалом).

Как определяется эта нагрузка более подробно рассматривается в п.2, где рассматривается нагрузка от перекрытия над подвалом.

1.3. Нагрузка от кровли.

Для определения этой нагрузки следует знать не только снеговые и ветровые нагрузки, но также и конструкцию кровли.

При действии нагрузки N1, приложенной с эксцентриситетом е1 в поперечных сечениях стойки с шарнирными опорами будут действовать изгибающие моменты. Эпюра, отражающая изменения моментов по длине стойки от действия этой нагрузки, обозначена как М1.

Максимальное значение момента при действии продольной силы, приложенной с эксцентриситетом, будет на верхней опоре и составит:

М1max = N1e1 (418.1.1)

На нижней опоре момент будет равен нулю, а чтобы определить значение в любом другом сечении, нужно значение уравнения (418.1) умножить на (1 - x/H1):

M1(x) = N1e1(1 - x/H1) (418.1.2)

где х - это расстояние от верхней опоры до рассматриваемого сечения.

Примечание: такие же результаты мы бы получили, если бы рассматривали не стойку с шарнирными опорами, а балку с шарнирными опорами, на одной из которых приложен изгибающий момент.

2. Определяется нагрузка Q от перекрытия над подвалом.

Вообще нагрузка Q - это опорная реакция, определяемая при расчете балки или плиты опертой по контуру, если данное перекрытие монолитное размером на помещение. При этом наружная фундаментная стена является одной из опор такой балки или плиты.

В целом и балка и плита могут быть как однопролетными, так и многопролетными и это следует учитывать при определении нагрузки Q. Больше подробностей в разделах Балки и Пластины.

Для упрощения расчетов значение опорной реакции многопролетной балки на крайней опоре можно принимать, как для однопролетной балки, это приведет к дополнительному запасу прочности. При монолитной плите перекрытия с опиранием по контуру значение опорной реакции можно определить по таблицам.

В абсолютном большинстве случаев нагрузка Q к стойке прикладывается с эксцентриситетом е2. И не только потому, что перекрытие как правило опирается только на часть фундаментной стены, как это показано на рисунке 418.1, но еще и потому, что под действием нагрузки на плиту происходит перераспределение напряжений на опорной площадке фундаментной стены.

Это следует учитывать при определении значения эксцентриситета е2. Для упрощения расчетов это значение можно принимать равным 2/3 длины опорного участка плиты.

Как и в случае с продольной силой N1, при действии продольной силы Q в поперечных сечениях фундаментной стены-стойки действует изгибающий момент. Правила определения этого момента такие же, как и в п.1 с той только разницей, что растянутая зона сечения будет с противоположной стороны, что и отражено на эпюре М2.

3. Определяется распределенная равномерно изменяющаяся горизонтальная нагрузка q на стойку.

Эта нагрузка включает в себя:

3.1. Нагрузку от собственного веса грунта.

На первый взгляд это кажется странным, ведь нагрузка от собственного веса грунта направлена вертикально вниз и не должна передаваться на стену. Однако ничего странного в этом нет. Дело в том, что грунт, как и любое другое физическое тело, под воздействием нагрузки сжимается в вертикальном направлении, но при этом пытается сохранить свой объем и потому расширяется в горизонтальном направлении. Отсюда и возникает горизонтальная составляющая нагрузки на фундаментную стену.

Чтобы определить эту горизонтальную составляющую, необходимо знать физические характеристики грунта, который будет использоваться для обратной засыпки. В частности плотность γ и угол внутреннего трения ф (вообще-то этот угол как правило обозначается греческой литерой φ и этой же литерой обозначается коэффициент продольного изгиба, о котором речь ниже, поэтому чтобы не возникало путаницы, я обозначил угол внутреннего трения литерой ф)

Чем меньше угол внутреннего трения, тем меньше горизонтальная составляющая нагрузки на фундаментную стену. В зависимости от состава и влажности грунта, использованного для обратной засыпки, значение угла может изменяться в пределах 20-45°.

Чтобы не возиться с точным определением угла внутреннего трения, тем более при отсутствии результатов геологоразведки, что в малоэтажном частном строительстве случается достаточно часто, я рекомендую для расчетов принимать значение угла φ = 45°, т.е. рассматривать грунт как условную жидкость. Это не только обеспечит возможный запас прочности, но и значительно упростит расчеты. При этом значение нагрузки, действующей в любом поперечном сечении стойки ниже отметки верха грунта, можно определить по следующей формуле:

q(х) = gγ(x - a) (418.2)

где g = 9.81 м/с2 - ускорение свободного падения. а = Н1 - Н2 - расстояние между верхней опорой стойки и отметкой верха грунта (на расчетной схеме не показано).

Примечание: значение нагрузки, определенной по формуле (418.2) будет в Паскалях. Если расчет ведется в килограмм-силах, то значение плоской нагрузки можно определять по упрощенной формуле (не умножать правую часть формулы на g). Кроме того нагрузку из плоской следует перевести в линейную, т.е. умножить на 1 погонный метр длины стены, являющийся шириной нашей балки.

3.2. Нагрузку р на покрытие или отмостку снаружи фундаментной стены.

Так как эта нагрузка приведет к условно равномерному сжатию нижележащего грунта, то ее можно рассматривать как равномерно распределенную от нижней опоры до отметки покрытия.

Если нагрузки р и q сложить, что нам позволяет метод суперпозиции, то значение суммарной нагрузки на расстоянии а от верхней опоры будет равно:

Σqa = р + 0 = q1 (418.3.1)

а на нижней опоре:

Σqmax = р + gγH2 = q2 (418.3.1)

Что и отображено на эпюре нагрузки

3.3. Нагрузку от собственного веса покрытия или отмостки.

Если плотность покрытия или отмостки значительно больше, чем плотность расположенного ниже грунта, то при расчетах это следует учитывать, соответственно эпюра нагрузки должна иметь несколько другой вид.

Как правило плотность отмостки или покрытия сопоставима с принимаемой плотностью грунта, а кроме того толщина слоя отмостки или покрытия, имеющего большую плотность, в десятки раз меньше высоты стены, а потому для упрощения расчетов этим влиянием на общий вид эпюры нагрузки можно пренебречь.

Также можно разницу плотностей отмостки и грунта рассматривать как часть нагрузки р.

Изменение моментов, действующих в поперечных сечениях стойки под действием горизонтальной нагрузки, показано на эпюре Mq.

Примечание: Для еще большего упрощения расчетов, нагрузку q, равномерно изменяющуюся от минимального значения q1 до максимального q2 по высоте Н2, можно рассматривать как равномерно изменяющуюся от 0 до максимального значения по всей высоте стены Н1. При этом для определения значений момента в рассматриваемом сечении можно воспользоваться готовыми расчетными схемами для такого частного случая. Если нагрузка на покрытие достаточно велика или покрытие находится почти вровень с верхней опорой стойки, то в этом случае следует пользоваться методом суперпозиции.

4. Определяется значение момента и продольной силы в наиболее нагруженном сечении.

Вообще-то сделать это не так просто, как может показаться на первый взгляд, потому что наиболее нагруженное сечение следует определять с учетом устойчивости стойки.

Т.е. с точки зрения потери устойчивости наиболее опасными являются сечения примерно посредине высоты стойки, а между тем максимальный момент будет действовать примерно на расстоянии Н1/4 от нижней опоры стойки, что видно по суммарной эпюре ΣМ.

В связи с этим рекомендуется рассматривать сечение расположенное на расстоянии Н1/3 от нижней опоры стойки, как наиболее нагруженное.

Значение момента в этом сечении можно определить по эпюре моментов (если таковая будет строиться) или расчетом. Значение продольной силы действующей в рассматриваемом сечении, будет равно:

ΣNx = N1 + Q + N2(х) (418.4)

где N2(х) - нагрузка от собственного веса фундаментной стены в рассматриваемом сечении. Значение этой нагрузки определяется примерно также, как и для вышележащих стен.

5. Определяется коэффициент продольного изгиба φ.

Пример определения коэффициента продольного изгиба приводится отдельно.

6. Проверяется прочность наружной фундаментной стены с учетом устойчивости.

Нормальные напряжения, возникающие в рассматриваемом поперечном сечении, не должны превышать расчетного сопротивления материала стены:

σ = ΣNx/φF + Mx/W ≤ R (418.5)

где F - площадь рассматриваемого сечения стены, W - момент сопротивления данного сечения, R - расчетное сопротивление материала стены.

Вот собственно и все теоретические предпосылки для расчета наружной фундаментной стены при наличии подвала.

Если внутри подвала на фундаментной стене планируется размещение подвесных полок или стеллажей, то это следует учесть как дополнительный момент, действующий на соответствующей высоте или как пару сил, создающих такой момент.

На главную домой

Категории:
Оценка пользователей: Нет
Переходов на сайт:2
Комментарии:

Комментариев нет

Добавить свой комментарий:

Имя:

E-Mail адрес:

Комментарий:

Ваша оценка:

Примечание: Возможно ваш вопрос, особенно если он касается расчета конструкций, так и не появится в общем списке или останется без ответа, даже если вы задатите его 20 раз подряд. Почему, достаточно подробно объясняется в статье "Записаться на прием к доктору" (ссылка в шапке сайта).




советы по строительству и ремонту



Для терминалов номер Яндекс Кошелька 410012390761783

Для Украины - номер гривневой карты (Приватбанк) 5168 7423 0569 0962

Кошелек webmoney: R158114101090

Или: Z166164591614


Доктор Лом. Первая помощь при ремонте, Copyright © 2010-2017 Яндекс.Метрика